Espesor de tubería sin costura

El espesor de los tubos sin costura es uno de sus parámetros clave, que afecta directamente su resistencia a la presión, peso, costo y aplicación final. En industrias como la del petróleo y el gas, calderas, energía, productos químicos y fabricación de maquinaria, los tubos sin costura suelen ser el material preferido para condiciones exigentes debido a su ausencia de soldaduras, estructura densa y rendimiento constante. El espesor es una variable crucial en el diseño de ingeniería y las decisiones de adquisición.

Significado de espesor

El espesor de un tubo sin costura se define típicamente como la mitad de la diferencia entre su diámetro exterior (DE) y su diámetro interior (DI), es decir, el espesor de pared del tubo (t).

La relación básica es: t = (DE − DI) ÷ 2

Cuenta con estándares de medición claros en producción e inspección. A diferencia de los tubos soldados, que se forman mediante laminación y soldadura de chapa metálica, los tubos sin costura se fabrican a partir de palanquillas de acero sólidas mediante procesos como perforación, laminación o estiramiento, sin soldaduras. La uniformidad y consistencia de su espesor son indicadores importantes de calidad.

Métodos para medir el espesor de tubos sin costura

1. Medición de espesor por ultrasonido

Este es el método de prueba no destructivo más utilizado. El uso del tiempo de propagación de las ondas ultrasónicas dentro de la pared del tubo permite una rápida detección del espesor de la pared en varios puntos, lo que resulta especialmente adecuado para evaluar la uniformidad del espesor.

2. Medición con calibrador y micrómetro

Para extremos de tubos o áreas de muestreo, es posible la medición directa con instrumentos de medición de precisión, pero este método se basa en la inspección del muestreo.

3. Cálculo del pesaje

Dadas la longitud, el diámetro exterior y la densidad del acero del tubo sin costura, un pesaje preciso permite calcular el espesor promedio de la pared, lo que proporciona un método auxiliar de verificación eficaz.

Tabla de espesores de tubos sin costura

Diámetro nominal (DN)	Diámetro exterior (mm)	Espesor de pared estándar (mm)	Tolerancia del espesor de pared (mm)
15	21.3	2.8	±0.4
20	26.9	2.8	±0.4
25	33.7	3.2	±0.4
32	42.4	3.5	±0.5
40	48.3	3.5	±0.5
50	60.3	3.8	±0.5
65	76.1	4.0	±0.6
80	88.9	4.0	±0.6
100	114.3	4.5	±0.7
125	139.7	4.5	±0.7
150	168.3	5.0	±0.8
200	219.1	6.0	±1.0
250	273.0	7.0	±1.1
300	323.9	8.0	±1.2

Las tolerancias reales están sujetas a normas específicas (ASTM A106 / EN 10216 / GB 8162, etc.).

Espesores de tubos sin costura según diferentes procesos

1. Espesor de tubos sin costura laminados en caliente

Rango de diámetro exterior: ≥ 32 mm
Rango de espesor de pared: Aproximadamente 2,5 mm ~ 75 mm
El laminado en caliente, mediante deformación plástica a altas temperaturas, confiere al tubo de acero una alta estabilidad dimensional y buenas propiedades mecánicas, ideal para aplicaciones que requieren paredes más gruesas y que soportan alta presión.

2. Espesor de tubos sin costura laminados en frío

En comparación con los tubos de acero laminados en caliente, los tubos sin costura laminados en frío pueden tener diámetros exteriores menores.
Diámetro exterior mínimo: Hasta 6 mm (o incluso menor)
Espesor mínimo de pared: Aproximadamente 0,25 mm
Gracias a la menor temperatura de procesamiento, el laminado en frío produce tubos sin costura con mayor precisión dimensional y mejor calidad superficial, ideal para aplicaciones que requieren alta precisión dimensional y calidad superficial. 

Tolerancia de espesor de tubos sin costura

La tolerancia de espesor de tubos sin costura se refiere a la desviación admisible entre el espesor real de la pared de un tubo de acero fabricado y su espesor nominal. Es un criterio crucial para determinar la calidad de un tubo de acero.

Por ejemplo, un tubo de acero con un espesor nominal de pared de 10 mm puede tener una desviación admisible de ±10 % o ±0,5 mm (según el grado de precisión y la norma del producto). Esto significa que un tubo de acero cualificado puede tener un espesor real de pared de entre 9 mm y 11 mm.

Normas ASTM / EN / GB sobre espesores y tolerancias para tuberías sin costura:

ASTM A106: ±12,5 %
ASTM A53: ±12,5 %
ASTM A179: ±10 %
ASTM A192: ±12,5 %
EN 10216-2: ±10 %
EN 10297-1: ±10 % / Conforme
GB/T 8162: ±12,5 %
GB/T 8163: ±12,5 %
GB 5310: ±10 % o más estricto

Comparación de espesores con otros materiales de tubería

1. Tubería con costura vs. Tubería sin costura
Uniformidad: Las tuberías de acero sin costura de alta calidad generalmente presentan una mayor uniformidad en el espesor de pared que las tuberías con costura. Los tubos con costura pueden presentar variaciones microestructurales y ligeras diferencias de espesor en la zona de soldadura, especialmente durante el doblado o el mecanizado, donde esta zona puede convertirse en un punto débil. Los tubos sin costura no presentan este problema; sus propiedades circunferenciales son constantes.

Rango de espesores: Los tubos sin costura se pueden producir en una amplia gama de tamaños, desde extremadamente delgados (p. ej., tubos capilares) hasta extremadamente gruesos (p. ej., tubos de paredes gruesas de cientos de milímetros de espesor). Los tubos con costura, limitados por el espesor de la chapa metálica y el proceso de soldadura, pueden verse restringidos en aplicaciones extremadamente gruesas y delgadas, especialmente en casos de espesores ultra gruesos, donde los retos de fiabilidad son mayores.

Aplicaciones de alta presión: Para entornos hostiles de ultraalta presión, alta temperatura o corrosivos, incluso con el mismo espesor, los tubos sin costura, debido a la ausencia de costuras de soldadura, suelen ser los preferidos por su seguridad, fiabilidad y resistencia a la fatiga.

2. Tubos de fundición vs. Tubos sin costura

Densidad y resistencia: Los tubos de fundición (como algunos de hierro fundido y acero fundido) se forman mediante fundición, y la densidad de su estructura metálica suele ser menor que la de los tubos sin costura laminados o forjados.
Para lograr la misma resistencia a la presión, los tubos de fundición suelen requerir paredes más gruesas, lo que resulta en un mayor peso. Los tubos sin costura optimizan el uso del material y pueden ser más ligeros manteniendo la misma resistencia.

Precisión y acabado superficial: Los tubos sin costura presentan una alta precisión dimensional, paredes internas lisas y baja resistencia al flujo de fluidos. Los tubos de fundición suelen tener una pared interna más rugosa y una menor precisión dimensional.

3. Barras sólidas vs. Tubos sin costura

Peso y eficiencia del material: Esta es la comparación más directa. Al someterse al mismo momento de flexión o torsión, los tubos sin costura de espesor adecuado ahorran significativamente más material y peso que el acero redondo sólido. Esto demuestra la ventaja de eficiencia de las "estructuras huecas".
El espesor es una variable clave para optimizar el diseño. Los ingenieros calculan el espesor de pared ideal que cumple con los requisitos de resistencia y rigidez, minimizando al mismo tiempo el consumo de material.

4. Tuberías de plástico, Tuberías compuestas vs. Tuberías sin costura

Resistencia y rigidez: Las tuberías de plástico o las tuberías compuestas reforzadas con fibra ofrecen ventajas como resistencia a la corrosión y ligereza, pero su módulo elástico y resistencia son generalmente mucho menores que los del acero.
En aplicaciones de alta presión, alta temperatura o alta rigidez estructural, las tuberías de plástico pueden requerir paredes muy gruesas para apenas cumplir con los requisitos, o pueden no ser una alternativa viable. Las tuberías sin costura pueden alcanzar una resistencia a la presión y una capacidad de soporte extremadamente altas con paredes relativamente delgadas.

Resistencia a la temperatura y al fuego: Las tuberías sin costura son resistentes al calor, incombustibles y su rendimiento es relativamente estable a altas temperaturas. Muchas tuberías no metálicas tienen límites superiores de temperatura; su resistencia disminuye drásticamente a altas temperaturas, lo que restringe su aplicación en calderas y sistemas de agua sobrecalentada.

Resistencia a la temperatura y al fuego: Las tuberías sin costura son resistentes al calor, incombustibles y su rendimiento es relativamente estable a altas temperaturas. Muchas tuberías no metálicas tienen límites superiores de temperatura; su resistencia disminuye drásticamente a altas temperaturas, lo que limita su aplicación en calderas, tuberías de vapor sobrecalentado y otros campos.

El impacto del espesor en las tuberías sin costura

1. Capacidad de soporte de presión

Este es el impacto más directo del espesor. Con el mismo material y diámetro exterior, una pared más gruesa permite que la tubería soporte mayores presiones internas o externas.

2. Resistencia estructural y estabilidad

Un mayor espesor de pared incrementa significativamente el momento de inercia de la sección transversal, lo que mejora la resistencia de la tubería de acero a la flexión y la deformación, haciéndola adecuada para estructuras mecánicas como columnas y ejes de transmisión.

3. Peso y coste del material

Un mayor espesor implica el uso de más materias primas, lo que conlleva directamente un mayor peso y un mayor coste del material por tubería.

4. Fluidez de fluidos

En tuberías que transportan fluidos, con un diámetro exterior fijo, un mayor espesor de pared resulta en un diámetro interior menor, lo que puede aumentar la resistencia al flujo. El diseño de las tuberías debe lograr un equilibrio entre los requisitos de presión y caudal.

5. Limitaciones del proceso y la fabricación

Los tubos sin costura laminados en caliente generalmente se pueden producir con paredes más gruesas, mientras que los procesos de estirado o laminado en frío son más adecuados para producir tubos sin costura de alta precisión y paredes delgadas. Sin embargo, paredes excesivamente delgadas o gruesas pueden exceder la capacidad de procesamiento de una unidad específica.

Aplicaciones de tubos sin costura de diferentes espesores

1. Tubos sin costura de pared delgada (menor relación espesor de pared/diámetro exterior)

Se utilizan comúnmente en aplicaciones donde el peso es crítico y los requisitos de presión no son extremos, pero se requiere alta precisión.
Ejemplos: Líneas de frenos hidráulicos y líneas de combustible en automóviles y motocicletas; tuberías de conexión neumática e hidráulica en instrumentos de precisión; tubos estructurales en muebles; manguitos de ejes de transmisión en cierta maquinaria ligera.

2. Tubos sin costura de pared media

Esta es la categoría más utilizada. Incluye: carcasas de recipientes a presión en general; tuberías de recolección y transporte de superficie para petróleo y gas natural; cilindros hidráulicos para maquinaria de ingeniería; y tuberías y tubos estructurales en la construcción naval.

3. Tubería sin costura de pared gruesa y ultragruesa

Se utiliza principalmente en condiciones de trabajo extremas. Por ejemplo: tuberías de vapor de alta temperatura y alta presión en calderas de centrales eléctricas; reactores de hidrogenación de alta presión y tubos de intercambiadores de calor en la industria petroquímica; tuberías y revestimientos de perforación para perforación en aguas profundas; y husillos de carga y casquillos de cojinetes de gran tamaño para maquinaria pesada.

Preguntas frecuentes

1. ¿Cómo determinar rápidamente si el espesor de una tubería sin costura cumple con los estándares?

Los métodos comunes incluyen:
Medición de espesor por ultrasonido (preferible);
Medición micrométrica en el extremo de la tubería;
Verificación del peso teórico;
Informes de pruebas de terceros (SGS/BV/TUV).

2. ¿En qué tamaños se fabrican las tuberías sin costura?
Las dimensiones de las tuberías de acero sin costura incluyen: diámetro exterior, espesor y longitud.
Diámetro exterior: 1/2 pulgada - 36 pulgadas (21,3 mm - 914,4 mm)
Espesor: 2,11 mm - 60 mm (SCH10, SCH20, SCH40, SCH80, STD, SCH120, SCH160, XXS)
Longitud: Los tamaños habituales son 5,8 m, 6 m, 11,8 m y 12 m, pero también se ofrecen longitudes personalizadas.

3. ¿Son las tuberías sin costura de pared gruesa siempre más seguras que las tuberías soldadas?

Las tuberías sin costura de pared gruesa son significativamente más seguras en las siguientes situaciones: alta presión, alta temperatura, corrosión intensa y cargas de fatiga cíclicas.